AT520321A4 - Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine Download PDF

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AT520321A4 ATA50916/2017A AT509162017A AT520321A4 AT 520321 A4 AT520321 A4 AT 520321A4 AT 509162017 A AT509162017 A AT 509162017A AT 520321 A4 AT520321 A4 AT 520321A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Betriebes einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (1), wobei die Ansaugluft abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) mittels eines Verdichters eines Abgasturboladers (5) und eines elektrischen Laders (11) verdichtet wird und mit zumindest einer Drosselklappe (TH) gesteuert wird, wobei der Schließzeitpunkt (ES) zumindest eines Einlassventils (15) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) verstellt wird, und wobei Abgas mittels eines Umgebungsventils (WG) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) an der Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (5) vorbeigelenkt wird. Eine einfache Regelung des Betriebes der Brennkraftmaschine (1) lässt sich erzielen, wenn die Brennkraftmaschine (1) im Leerlauf und/oder bei Teillast im Miller-Kreisprozess mit zumindest teilweise geschlossener Drosselklappe (TH), geöffnetem Umgehungsventil (WG) und deaktiviertem elektrischen Lader (11) betrieben wird und im Falle einer Lastanforderung (L) folgende Schritte zeitlich nacheinander durchgeführt werden: a) Entdrosseln der Ansaugluft durch Öffnen der Drosselklappe (TH); a1) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) erfüllen kann; b) falls die Prüfung im Schritt a1) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Schließen des Umgehungsventiles (WG) der Abgasturbine (8); b1) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) nun erfüllen kann; c) falls die Prüfung im Schritt b1) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Beenden des Miller-Kreisprozess durch Nachverstellen des Schließzeitpunktes (ES) zumindest eines Einlassventiles (15); c1) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) nun erfüllen kann; d) falls die Prüfung im Schritt c1) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Zuschalten des elektrisch angetriebenen Laders (11).

Description

ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Betriebes einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (1), wobei die Ansaugluft abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) mittels eines Verdichters eines Abgasturboladers (5) und eines elektrischen Laders (11) verdichtet wird und mit zumindest einer Drosselklappe (TH) gesteuert wird, wobei der Schließzeitpunkt (ES) zumindest eines Einlassventils (15) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) verstellt wird, und wobei Abgas mittels eines Umgebungsventils (WG) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) an der Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (5) vorbeigelenkt wird.
Eine einfache Regelung des Betriebes der Brennkraftmaschine (1) lässt sich erzielen, wenn die Brennkraftmaschine (1) im Leerlauf und/oder bei Teillast im Miller-Kreisprozess mit zumindest teilweise geschlossener Drosselklappe (TH), geöffnetem Umgehungsventil (WG) und deaktiviertem elektrischen Lader (11) betrieben wird und im Falle einer Lastanforderung (L) folgende Schritte zeitlich nacheinander durchgeführt werden:
a) Entdrosseln der Ansaugluft durch Öffnen der Drosselklappe (TH);
al) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) erfüllen kann;
b) falls die Prüfung im Schritt al) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Schließen des Umgehungsventiles (WG) der Abgasturbine (8); bl) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) nun erfüllen kann;
c) falls die Prüfung im Schritt bl) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Beenden des Miller-Kreisprozess durch Nachverstellen des Schließzeitpunktes (ES) zumindest eines Einlassventiles (15);
cl) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) nun erfüllen kann;
d) falls die Prüfung im Schritt cl) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Zuschalten des elektrisch angetriebenen Laders (11).
Fig. 1 /15
20047AT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einerfremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei die Ansaugluft abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine mittels eines Verdichters eines Abgasturboladers und eines elektrischen Laders verdichtet wird und mit zumindest einer Drosselklappe gesteuert wird, wobei der Schließzeitpunkt zumindest eines Einlassventils abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine verstellt wird, und wobei Abgas mittels eines Umgebungsventils abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine an der Abgasturbine des Abgasturboladers vorbeigelenkt wird.
Es ist bekannt, bei hohen Lastanforderungen aus einem Leerlaufbetrieb oder Schwachlastbetrieb Maßnahmen zu ergreifen, um das gewünschte SollAntriebsdrehmoment bereitstellen zu können. Diese Maßnahmen zielen üblicherweise darauf ab, hohe Last sehr rasch bereitzustellen und werden im Wesentlichen parallel durchgeführt. Nachteilig ist, dass es dabei zu relativ hohen Kraftstoffverbrauch und/oder Emissionen kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zum Regeln des Betriebes einer Brennkraftmaschine bei einer Lastanforderung bereitzustellen, wobei Kraftstoff und Emissionen im Vergleich zu bekannten verfahren reduziert werden können.
Ausgehend von einem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brennkraftmaschine im Leerlaufoder bei Teillast im Miller Kreisprozess mit zumindest teilweise geschlossener Drosselklappe, geöffnetem Umgehungsventil und deaktiviertem elektrischen Lader betrieben wird und im Falle einer Lastanforderung folgende Schritte zeitlich nacheinander durchgeführt werden:
a) Entdrosseln der Ansaugluft durch Öffnen der Drosselklappe;
al) Prüfen ob die Brennkraftmaschine die Lastanforderung erfüllen kann;
b) falls die Prüfung im Schritt al) ergibt, dass die Lastanforderung noch nicht erfüllt werden kann: Schließen des Umgehungsventiles der Abgasturbine;
bl) Prüfen ob die Brennkraftmaschine die Lastanforderung nun erfüllen kann;
c) falls die Prüfung im Schritt bl) ergibt, dass die Lastanforderung noch nicht erfüllt werden kann: Beenden des Miller-Kreisprozess durch Nachverstellen des Schließzeitpunktes zumindest eines Einlassventiles;
2/15 cl) Prüfen ob die Brennkraftmaschine die Lastanforderung nun erfüllen kann;
d) falls die Prüfung im Schritt cl) ergibt, dass die Lastanforderung noch nicht erfüllt werden kann: Zuschalten des elektrisch angetriebenen Laders.
Der Miller-Kreisprozess bezeichnet ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine, bei dem das Einlassventil im Vergleich zum Otto-Kreisprozess „zu früh schließt. Die Luftlademenge und der Verdichtungsenddruck wird dadurch verkleinert, das Verdichtungs- und damit das Expansionsverhältnis bleibt jedoch gleich. Dies bewirkt eine Wirkungsgradsteigerung bei Brennkraftmaschinen.
Das im Schritt b) beschriebene Schließen des Umgehungsventiles wird dabei zusätzlich zum Entdrosseln der Ansaugluft durchgeführt, wenn Schritt a) nicht ausreicht, um die Lastanforderung zu erfüllen.
Weiters wird das im Schritt c) beschriebene Beenden des Miller-Kreisprozesses durch Nachverstellen des Schließzeitpunktes dabei zusätzlich zu den Schritten a) und b) - also dem Entdrosseln der Ansaugluft und Schließen des Umgehungsventiles der Abgasturbine - nur dann durchgeführt, wenn durchgeführt, wenn die Schritt a) und b) nicht ausreichen, um die Lastanforderung zu erfüllen.
Schließlich wird - aber nur wenn die Kombination der Schritte a), b) und c) auch noch nicht ausreicht, um die Lastanforderung zu erfüllen - zusätzlich zu diesen gemäß Schritt d) auch noch der elektrisch angetriebene Lader zugeschaltet.
Wesentlich dabei ist, dass jede der Maßnahmen a) bis d) Schritt für Schritt zeitlich nacheinander durchgeführt wird und nach jeder der Maßnahmen a), b), c) geprüft wird, ob das von der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellte Antriebsdrehmoment bereits ausreicht, um die Lastanforderung zu erfüllen.
Somit werden schrittweise und gemäß einer vorgegebenen Reihenfolge leistungssteigernde Maßnahmen gesetzt, welche einerseits ein Erfüllen der Lastanforderung gewährleisten und andererseits ein sprunghaftes Ansteigen des Kraftstoffverbrauches -insbesondere bei Otto-Brennkraftmaschinen- und/oder der Emissionen, insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen, vermeiden.
3/15
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass bei oder nach zumindest einem der genannten Schritte geprüft wird, ob eine Gefahr einer abnormalen Verbrennung besteht.
Zur abnormalen Verbrennung zählt beispielsweise klopfende Verbrennung. Bei dieser treten starke Druckschwankungen im Brennraum auf, wobei die schon während des Verdichtungshubes im unverbrannten Gemisch anlaufenden chemischen Vorreaktionen stark beschleunigt werden. Nach Einleitung der Verbrennung durch den Zündfunken wird das unverbrannte Restgemisch (Endgas) durch die sich ausbreitende Flamme weiter komprimiert und dadurch zusätzlich so weit aufgeheizt, dass die Zündgrenze überschritten wird und im Endgas schließlich eine spontane Selbstzündung einsetzt. Diese dann fast isochor ablaufende Verbrennung führt zu steilen Druckgradienten, die sich in Form von Druckwellen im Brennraum ausbreiten und das bekannten klopfende oder klingelnde Geräusch hervorrufen. Ein weiterer unerwünschter und abnormaler Verbrennungsablauf ist die Glühzündung. Sie wird ausgelöst durch extrem heiße Zonen der den Brennraum begrenzenden Wände, so genannte „hot spots - beispielsweise Verbrennungsrückstände -, die deutlich über der Selbstentzündungstemperatur des Kraftstoff-Luft-gemisches liegen. Während die klopfende Verbrennung erst nach dem Einleiten der Verbrennung durch den Zündfunken stattfindet, kann die Glühzündung bereits vorher auftreten. Durch die sowohl bei der klopfenden Verbrennung, als auch bei der Glühzündung auftretenden Druckwellen kann es zu mechanischen Materialschäden kommen und durch die thermische Belastung auch zu Anschmelzungen am Kolben und am Zylinderkopf.
Abnormale Verbrennungsvorgänge können beispielsweise über Klopfsensoren festgestellt werden.
Zur Vermeidung einer abnormalen Verbrennung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass - wenn die Gefahr einer abnormalen Verbrennung festgestellt wird - weiters geprüft wird, ob ein Motorbremsbetrieb vorliegt. Falls dies der Fall ist, wird der Zündwinkel von einem vorverstellten Zündwinkel für Motorbremsbetrieb auf einen Zündwinkel für normalen Motorbetrieb gestellt. Danach wird geprüft, ob weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung besteht.
Wenn weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung besteht, wird in Weiterführung der Erfindung das Verdichtungsverhältnis auf den niedrigsten
4/15 möglichen Wert verringert. Die Verringerung des Verdichtungsverhältnisses kann beispielsweise durch Verstellen des Hubweges des Kolbens - insbesondere durch Verstellen der Länge einer, Kolben und Kurbelwelle verbindenden, Pleuelstange erfolgen.
Danach kann der Erfolg dieser Maßnahme geprüft und untersucht werden, ob weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung vorliegt. Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass- als zusätzliche Maßnahme der Zündzeitpunkt nach spät verstellt, falls sich herausstellt, dass die bisherigen Maßnahmen nicht ausreichend sind.
Auch bei der Verhinderung einer abnormalen Verbrennung werden die Maßnahmen nacheinander durchgeführt, wobei eine zusätzliche Maßnahme ergriffen wird, falls die bisherigen Maßnahmen sich als nicht ausreichend herausstellen.
In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest bei einer Abgasnachbehandlungseinrichtung geprüft wird, ob diese die erforderliche Betriebstemperatur aufweist und - falls die Betriebstemperatur noch nicht erreicht wird - die Brennkraftmaschine bei maximalem volumetrischem Wirkungsgrad, minimalem Verdichtungsverhältnis und dem spätest möglichen Zündzeitpunkt betrieben wird.
Zum Schutz des Abgasturboladers ist in einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Abgastemperatur am Eintritt der Abgasturbine ermittelt wird und das Umgehungsventil der Abgasturbine geöffnet wird, wenn die Abgastemperatur am Eintritt der Abgasturbine einen definierten Maximalwert für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Ladelufttemperatur am Austritt des Verdichters des Abgasturboladers ermittelt wird und das Umgehungsventil der Abgasturbine geöffnet wird, wenn die Ladelufttemperatur am Austritt des Verdichters einen definierten Maximalwert für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet.
Als weitere Schutzmaßnahme für den Abgasturbolader kann in einer Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Drehzahl des Abgasturboladers ermittelt wird und das Umgehungsventil der Abgasturbine geöffnet wird, wenn die Drehzahl des Abgasturboladers einen definierten Maximalwert für den jeweiligen Betriebspunkt erreicht. Weiters wird das Umgehungsventil der Abgasturbine geöffnet, wenn der
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Verdichter des Abgasturboladers seine Pumpgrenze für den jeweiligen
Betriebspunkt erreicht.
Die Maßnahmen zum Schutz des Abgasturboladers übersteuern den Schritt b) im Anspruch 1.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Darin zeigen schematisch
Fig. 1 den zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Lastanforderung;
Fig. 2 den zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Gefahr einer abnormalen Verbrennung,
Fig. 3 ein Verdichterkennfeld eines Abgasturboladers mit eingetragenen Betriebsgrenzen und
Fig. 4 eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für eine in Fig. 4 schematisch dargestellte Brennkraftmaschinen 1 mit zumindest einem Zylinder 2 mit einem Einlasssystem 3, einem Auslasssystem 4, und einem Abgasturbolader 5, dessen Verdichter 6 im Einlassstrang 7 des Einlasssystems 3 und dessen Abgasturbine 8 im Auslassstrang 9 des Auslasssystems 4 angeordnet ist. Die Abgasturbine 8 ist über eine Umgehungsleitung 10 umgehbar, wobei in der Umgehungsleitung 10 ein Umgehungsventil WG (Wastegate) angeordnet ist, welches in seiner Öffnungsstellung das Abgas durch die Umgehungsleitung 10 und in seiner Schließstellung durch die Abgasturbine 8 leitet. Im Einlassstrang 7 ist weiters ein elektrisch angetriebener Lader 11 angeordnet. Mit Bezugszeichen 12 ist eine Bypassleitung für den elektrischen Lader 11 bezeichnet, wobei die Luftströmung bei deaktiviertem elektrischen Lader 11 an diesem vorbei durch die Bypassleitung 12 geleitet wird, indem das in der Bypassleitung 12 angeordnete Bypassventil 13
6/15 geöffnet wird. In der Ladeluftleitung 14 des Einlassstranges 7 ist eine Drosselklappe TH angeordnet, mit welcher die Ladeluft gedrosselt werden kann.
Mit Bezugszeichen 15 sind Einlassventile und mit Bezugszeichen 16 Auslassventile bezeichnet, mit welchen der Gasaustausch der Zylinder 2 gesteuert wird. Zumindest der Schließzeitpunkt ES der Einlassventile 15 kann über eine Einrichtung VVT zur Veränderung der Steuerzeit verstellt werden. Zur Einstellung des Zündzeitpunktes ist eine Zündverstelleinrichtung 17 vorgesehen. Die Brennkraftmaschine 1 weist weiters eine Vorrichtung 18 zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ε, beispielsweise eine Vorrichtung zur Längenverstellung der Pleuelstangen, auf. Die Einrichtung VVT zur Verstellung der Steuerzeit, die Drosselklappe TH, das Umgehungsventil WG und der elektrische Lader 11, das Bypassventil 13 zur Umgehung des elektrischen Laders 11, die Zündverstelleinrichtung 17 und die Vorrichtung 18 zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ε sind mit einer elektronischen Steuereinheit ECU verbunden. Weiter ist die elektronische Steuereinheit ECU mit verschiedenen Sensoren zur Ermittlung der Gaspedalstellung, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, des Drehmomentes, des Zylinderdruckes, etc. verbunden, wie mit Bezugszeichen 19 angedeutet ist. Mit Bezugszeichen 20 ist eine im Abgasstrang 9 angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung des Auslasssystems 4 angedeutet.
In Fig. 1 sind schematisch für eine Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 1 die Stellungen der Drosselklappe Th und des Umgehungsventils WG (Wastegate) für die Abgasturbine 8 des Abgasturboladers 5 über der Zeit t aufgetragen. Dabei ist mit Thc die geschlossene Stellung und mit Tho die vollständig geöffnete Stellung der Drosselklappe Th bezeichnet. Analog dazu ist mit WGc die geschlossene Stellung und mit WGo die vollständig geöffnete Stellung des Umgehungsventils WG der Abgasturbine 8 bezeichnet. Weiters ist schematisch der zeitliche Verlauf der Steuerzeitverstellung für den Einlassschluss ES zwischen maximaler Einlassschlussvorverstellung ESMiLmax bei Betreiben der Brennkraftmaschine 1 im Miller-Kreisprozess und der Einlassschlussvorverstellung ESvoi.max zur Erreichen eines maximalen volumetrischen Wirkungsgrades bei Betreiben der Brennkraftmaschine 1 im Normalbetrieb dargestellt. Ferner ist in Fig. 1 die Leistung Pe,sc des elektrischen Laders 11 eingetragen, wobei mit Pe,sc,o die Leistung = 0 des deaktivierten elektrischen Laders 11 und mit Pe,sc,max die maximale Leistung des
7/15 elektrischen Laders 11 bezeichnet ist. Mit dem Pfeil L ist eine zunehmende
Lastanforderung angedeutet.
Zum Zeitpunkt to befindet sich die Brennkraftmaschine 1 im Leerlauf oder niedrigem Teillastbetrieb. Bei einer Lastanforderung L wird in der Phase TI zuerst die Drosselklappe Th von der geschlossenen Stellung Thc in die vollständig geöffnete Stellung Tho geschaltet, wodurch sich das Antriebsdrehmoment erhöht. Am Ende der Phase TI wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine 1 die Lastanforderung L erfüllen kann. Ist dies nicht der Fall, zum Beispiel weil die Lastanforderung L zunimmt, so wird in der Phase T2 das Umgehungsventil WG (Wastegate) der Abgasturbine 8 von der geöffneten Stellung WGo in die geschlossene Stellung WGc geschaltet und somit das gesamte Abgas durch die Abgasturbine 8 geleitet. Wieder wird am Ende der Phase T2 geprüft, ob die Brennkraftmaschine 1 die Lastanforderung L erfüllen kann. Nimmt die Lastanforderung L weiter zu und kann durch die bisherigen Maßnahmen nicht erfüllt werden, so wird als zusätzliche Maßnahme in der Phase T3 der Miller Kreisprozess beendet und der Schließzeitpunkt zumindest eines Einlassventils 15 oder aller Einlassventile 15 von der dem Miller-Kreisprozess zugeordneten vorverstellten Einlassschließzeit ESMiLmax auf die dem Normalbetrieb zugeordnete Einlassschließzeit ESvoi.max zurückgestellt, um die Brennkraftmaschine 1 mit maximalem volumetrischen Wirkungsgrad zu betreiben. Erneut wird am Ende der Phase T3 geprüft, ob die Brennkraftmaschine 1 die Lastanforderung L nun erfüllen kann. Ist dies noch immer nicht der Fall, so wird in der Phase T4 der elektrisch angetriebene Lader 11 aktiviert und mit höchster Leistung P e,SC,max betrieben, um eine höhere Aufladung zu ermöglichen. Ergibt die Prüfung nach jeder der Phasen TI, T2 oder T3, dass die Lastanforderung L erfüllt werden kann, so erübrigen sich weitere leistungssteigernde Maßnahmen.
Während der beschriebenen Maßnahmen zur Erhöhung der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 zur Erfüllung der Lastanforderungen L wird kontinuierlich oder diskontinuierlich geprüft, ob eine Gefahr einer abnormalen Verbrennung vorliegt. Dies kann beispielsweise durch Auswerten der Daten zumindest eines Klopfsensors erfolgen, welcher den zylinderdruck in zumindest einem Zylinder misst. Wird erkannt, dass die Gefahr einer abnormalen Verbrennung besteht, so wird zumindest eine Maßnahme ergriffen, um diese zu vermeiden. Auch hier werden die Maßnahmen zeitlich hintereinander durchgeführt und dazwischen - vor
8/15
Ergreifen der nächsten Maßnahme - geprüft, ob die durchgeführte Maßnahme bereits ausreichend war.
In Fig. 2 ist für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung die Durchführung von zeitlich hintereinander erfolgenden Maßnahmen zur Verhinderung der abnormalen Verbrennung dargestellt. Dabei ist über der Zeit t der Verlauf des Verdichtungsverhältnisses ε und der Zündwinkel α aufgetragen. Mit dem Pfeil K ist zunehmende Gefahr einer abnormalen Verbrennung, beispielsweise Klopfneigung, angedeutet. Zum Zeitpunkt ti wird im dargestellten Beispiel die Brennkraftmaschine 1 mit maximalem Verdichtungsverhältnis emax und einem vorverstellten Zündwinkel cibr,max für maximale Motorbremsleistung betrieben. Ergibt die Prüfung, dass die Gefahr eines Auftretens einer abnormalen - beispielsweise klopfenden Verbrennung vorliegt, so wird in der Phase KT1 eine erste Maßnahme ergriffen, um diese zu verhindern. Diese besteht darin, dass geprüft wird, ob der Zündwinkel α auf einen vorverstellten optimalen Zündwinkel Obr.max für Motorbremsbetrieb eingestellt ist, und - falls dies der Fall ist - der Zündwinkel α von einem vorverstellten Zündwinkel für Motorbremsbetrieb Obr.max auf einen Zündwinkel aopt für normalen Motorbetrieb gestellt wird. Danach wird geprüft, ob weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung besteht. Wenn festgestellt wird, dass weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung besteht, so wird als zusätzliche Maßnahme das Verdichtungsverhältnisses ε auf den niedrigsten möglichen Wert cmin verringert. Nun wird abermals geprüft ob eine abnormale Verbrennung stattfindet bzw. stattfinden kann. Wenn weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung akut ist, so wird der Zündwinkel α so weit wie zulässig nach spät verstellt, also bis zu einem Grenzzündwinkel acov, der durch einen maximal zulässigen Ungleichförmigkeitsgrad bzw. einen maximal zulässigen Variationskoeffizienten COVimep des indizierten mittleren Effektivdruckes pimep der Brennkraftmaschine 1 bestimmt wird. Der Variationskoeffizient COVimep des indizierten mittleren Effektivdruckes pimep ist definiert durch die Gleichung cov- = °imep 100 LiUVimep _ ±wf
Pimep wobei aimep die Standardabweichung des indizierten mittleren Effektivdruckes pimep ist. Üblicherweise muss mit Problemen bei der Fahrbarkeit eines durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges gerechnet werden, wenn der
9/15
Variationskoeffizient COVimep des indizierten mittleren Effektivdruckes pimep 10% überschreitet.
Das Folgen der Lastanforderung wird weiters von der Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtungen beeinflusst. Daher wird bei zumindesteiner Abgasnachbehandlungseinrichtung geprüft, ob diese die erforderliche Betriebstemperatur aufweist. Falls die Betriebstemperatur noch nicht erreicht ist, wird die Brennkraftmaschine bei maximalem volumetrischem Wirkungsgrad, minimalem Verdichtungsverhältnis und dem spätest möglichen Zündzeitpunkt betrieben.
Ein weiteres Kriterium, welches das Folgen der Lastanforderung beeinflusst, sind ist der Schutz des Abgasturboladers 5. Dieser muss in einem zulässigen Bereich des Kennfeldes betrieben werden.
In Fig. 3 ist schematisch das Kennfeld eines Verdichters 6 eines Abgasturboladers 8 dargestellt, wobei das Druckverhältnis ^zwischen austrittseitigem Druck p2 und eintrittseitigem Druck pi des Verdichters 6 über dem Volumenstrom v aufgetragen ist. Wie aus Fig. 3 anschaulich hervorgeht, wird der Betriebsbereich des Verdichters 6 durch die Pumpgrenze SL des Verdichters 6, die maximale Ladelufttemperatur Ti_max am Austritt aus dem Verdichter 6 und die maximale Drehzahl nmax des Abgasturboladers 5 eingegrenzt. Ein weiteres begrenzendes Kriterium des Betriebsbereiches des Abgasturboladers 5 ist die Abgastemperatur TA am Eintritts in die Abgasturbine 8.
Wird festgestellt, dass eine dieser Grenzen überschritten wird - also dass die Abgastemperatur TA am Eintritt in die Abgasturbine 8 einen definierten Maximalwert TAmax für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet oder dass die Ladelufttemperatur TL am Austritt des Verdichters 6 des Abgasturboladers 5 einen definierten Maximalwert TLmax für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet, oder dass die Drehzahl n des 9 Abgasturboladers 5 einen definierten Maximalwert nmax für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet, oder dass der Verdichter 6 des Abgasturboladers 5 seine Pumpgrenze SL für den jeweiligen Betriebspunkt erreicht -so wird das Umgehungsventil WG der Abgasturbine 8 geöffnet und das Abgas durch die Umgehungsleitung 10 an der Abgasturbine 6 vorbeigeleitet.
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Claims (11)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Regeln des Betriebes einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (1), wobei die Ansaugluft abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) mittels eines Verdichters eines Abgasturboladers (5) und eines elektrischen Laders (11) verdichtet wird und mit zumindest einer Drosselklappe (TH) gesteuert wird, wobei der Schließzeitpunkt (ES) zumindest eines Einlassventils (15) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) verstellt wird, und wobei Abgas mittels eines Umgebungsventils (WG) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) an der Abgasturbine (8) des Abgasturboladers (5) vorbeigelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (I) im Leerlauf und/oder bei Teillast im Miller-Kreisprozess mit zumindest teilweise geschlossener Drosselklappe (TH), geöffnetem Umgehungsventil (WG) und deaktiviertem elektrischen Lader (11) betrieben wird und im Falle einer Lastanforderung (L) folgende Schritte zeitlich nacheinander durchgeführt werden:
    a) Entdrosseln der Ansaugluft durch Öffnen der Drosselklappe (TH);
    al) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) erfüllen kann;
    b) falls die Prüfung im Schritt al) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Schließen des Umgehungsventiles (WG) der Abgasturbine (8);
    bl) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) nun erfüllen kann;
    c) falls die Prüfung im Schritt bl) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Beenden des Miller-Kreisprozess durch Nachverstellen des Schließzeitpunktes (ES) zumindest eines Einlassventiles (15);
    cl) Prüfen ob die Brennkraftmaschine (1) die Lastanforderung (L) nun erfüllen kann;
    d) falls die Prüfung im Schritt cl) ergibt, dass die Lastanforderung (L) noch nicht erfüllt werden kann: Zuschalten des elektrisch angetriebenen Laders (II) .
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  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei oder nach zumindest einem Schritt geprüft wird, ob eine Gefahr einer abnormalen Verbrennung (K) besteht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - wenn die Gefahr einer abnormalen Verbrennung (K) festgestellt wird - geprüft wird, ob der Zündwinkel (a) auf einen vorverstellten Zündwinkel (abr,max) für Motorbremsbetrieb eingestellt wird, und - falls dies der Fall ist - der Zündwinkel (a) von einem vorverstellten Zündwinkel (abr,max) für Motorbremsbetrieb auf einen Zündwinkel (aopt) für normalen Motorbetrieb gestellt wird und geprüft wird, ob weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung (K) besteht.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - wenn die Gefahr einer abnormalen Verbrennung (K) festgestellt wird - das Verdichtungsverhältnisses (ε) auf den niedrigsten möglichen (emin) Wert verringert wird, und geprüft wird, ob weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung (K) besteht.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - wenn weiterhin die Gefahr einer abnormalen Verbrennung (K) festgestellt wird - der Zündwinkel (a) weiter - vorzugsweise bis zu einem definierten Grenzzündwinkel (aCOv) - nach spät verstellt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) geprüft wird, ob diese die erforderliche Betriebstemperatur aufweist und - falls die Betriebstemperatur noch nicht erreicht wird - die Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlassschluss (ESVOi,max) für maximalem volumetrischem Wirkungsgrad, minimalem Verdichtungsverhältnis (emin) und dem spätest möglichen Zündwinkel - vorzugsweise bei einem definierten Grenzzündwinkel (aCOv) betrieben wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur (TA) am Eintritt der Abgasturbine (8) ermittelt wird und das Umgehungsventil (WG) der Abgasturbine (8) geöffnet wird, wenn die
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    Abgastemperatur (TA) am Eintritt der Abgasturbine (8) einen definierten Maximalwert (TAmax) für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladelufttemperatur (TL) am Austritt des Verdichters (6) des Abgasturboladers (5) ermittelt wird und das Umgehungsventil (WG) der Abgasturbine (8) geöffnet wird, wenn die Ladelufttemperatur (TL) am Austritt des Verdichters (6) einen definierten Maximalwert (TLmax) für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des Abgasturboladers (5) ermittelt wird und das Umgehungsventil (WG) der Abgasturbine (8) geöffnet wird, wenn die Drehzahl (n) des Abgasturboladers (5) einen definierten Maximalwert (nmax) für den jeweiligen Betriebspunkt überschreitet.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgehungsventil (WG) der Abgasturbine (8) geöffnet wird, wenn der Verdichter (6) des Abgasturboladers (5) seine Pumpgrenze (SL) für den jeweiligen Betriebspunkt erreicht.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) übersteuert wird.
    03.11.2017
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